LOGO

航空通訊頻譜監視系統(二)
NE602 簡介

No.24   1994 Dec.   p48~53,   by 林茂榮 / BV5OC



    前期介紹過此一航空通訊頻譜監視系統的通訊接收機後,本期繼續介紹其中的要角: NE602。它是內含本地振盪的單晶片變頻器,在超外差式接收機或發射機中,可以扮 演變頻器的角色,獨挑中頻線路。除此之外,也可以供做簡易的頻譜分析儀,從極低 的頻率到極高頻範圍內的接收機中,都可用做接收機的前端線路,甚至可以單獨地完 成一部簡易的接收機…

    銷售市場上有搶手貨,市場有暢銷書,電子零件市場亦復如此。記得當初,計時 IC555 出現時,造成轟動,時至今日,仍歷久不衰,依然是一只受到普遍採用的計時 IC。如今,原為行動無線電話機而設計的 IC,NE602,應用廣泛,也可能成為緊接 555 之後的另一只熱門 IC。

    NE602 是內含本地振盪的單晶片變頻器,在超外差式接收機或發射機中,它可以扮演 變頻器的角色,獨挑中頻線路。

    除此之外,它也可以供做簡易的頻譜分析儀。從極低的頻率到極高頻率範圍內的接收 機中,都可拿它用做接收機的前端 (FRONT ENDED) 線路,甚至,以此 IC 為中心, 便可以單獨地完成一部簡易的接收機。

    功能強,是它被廣泛應用的主因,但是,這只 IC 更大的特色是,容易使用,即使在 沒有任何測試儀器的協助下,也不難利用此 IC,去完成一些普遍的應用線路。


概述

    NE602 單晶片裡頭,就包含有混頻器及可做本地振盪器的主要零件,它是八腳的 DIP 包裝。NE602AD 及 NE602AN 則是經過改良的新版 IC。


GTC式的混頻器

    NE602 內的變頻器是一個 GTC (Gilbert Transconductance Cell),它有混頻的功能 ,但比雙平衡變頻器 (DBM) 還好。 GTC 是如此好用,因此在各類的倍頻器及振幅調 制器當中,都不難發現 GTC 的蹤跡。

    GTC 與由二極體組成的雙平衡混頻器大不相同,GTC 是由電晶體之類的主動元件所組 成,它的優點是,靈敏度高,可以處理低到微伏 (uV) 的訊號,更重要的是,它對於 本地振盪或射頻輸入端的射頻訊號,只產生該有的反應,對射頻外洩有很好的抑制能 力;而其他種類的混頻器,則容易經由輸出管道,外洩射頻訊號,如果在線路的設計 上發生了射頻外洩時,是會很折騰人的;必需要附加一些過濾射頻的相關線路,以防 止這類現象發生,或減少射頻外洩程度。

    NE602 不僅輸出端不會把高振幅的本地振盪訊號外洩,而且,其輸出訊號還可以直接 推動後面的線路,也不會有超載之處。對於一個沒有任何外加射頻放大器牽涉在內。 以 NE602 為主的線路而言,能有如此高的靈敏度,的確真叫人吃驚。

    此片 IC 可以處理低到微伏的無線電訊號,而一般接收機系統中,天線感應所得的訊 號,也在這個等級,因此,即使不再添加任何射頻放大線路, NE602 可以說是用來 處理接收機前端線路的最佳選擇。


動態範圍

    NE602 的動態範圍不能說是很理想,不過它可以接受的最大訊號強度是 "-15dBm", 可以動作的最低訊號強度是 "-25dBm" 或更低一些。這種處理的能力,可謂不低也不 高。"-25dBm" 在 50 歐姆負載下,大約是 12.5 毫伏,這強度規模對接收無線電訊 號而言是太高了些,但在混頻器的線路內,則稍嫌低些。


工作頻率

    NE602 內的 GTC 混頻器,工作頻率可高達 500MHz 左右。而可內含的本地振盪線路 ,實際上是一只高截止頻率的 NPN 型電晶體,其振盪頻率可高達 200MHz 左右,該 電晶體的基極與射極,可由 IC 腳接觸,所以可供外部自由運用。


IC包裝接腳

    NE602 的接腳安排,如圖 1 所示,腳一及腳二是射頻的差動輸入;第三腳是接地; 四腳與五腳則是推挽式輸出,但兩隻腳均分別可成為單端點輸出 (SINGLE-ENDED OUTPUT);第六腳及第七腳分別是振盪電晶體的基極與射極;第八腳則是電源輸入端。


如何供應電源

    NE602 是屬於低電壓、低電流的設計,它的正常供電範圍是 4.5~8.0 伏之間,耗電 流通常低於 3 毫安培,若能借用 TTL 使用的 5 伏電源,應頗為理想,要是使用 006P 9 伏乾電池供電,則應特別小心,

    圖 2 是幾種典型的供電線路。圖 2A 是利用抗高頻扼流圈做「去耦合」,扼流圈 L1 及去耦合電容 C1 的組合,可以防止 NE602 內部的任何射頻訊號,經由電源管道流 竄到別處,或被它處的射頻流入 NE602 內。

    決定 L1 的基本原則是,3MHz 以下為 25 毫亨利,3~30MHz 之間採用 1 毫亨利, 30MHz 以上一律採用 100 微亨利。

    設計時,NE602 與 L1 及 C1 應該緊靠在一起,以免效果被大打折扣,這個例子的供 電形式,務必介於 4.5~8.0 伏之間。

    圖 2B 是很實用的一個線路,普受歡迎,電源經由 100 歐姆的電阻之後,再供給 NE602,並且利用電容做去耦合。與圖 2B 相類似的圖 2C,雖然使用 9 伏供電,但 電阻 R1 可以降低電壓,使第八腳上的電壓不會超過 8 伏特。

    在某些情況下,很難提供穩定的直流電壓,像汽車電瓶就是一個很好的例子,它可能 低至 11 伏以下,高到 14.5 伏,如果發生異常現象的話,更可能高達 18 伏。

    就算利用市電為電源。也有穩壓的必要,因為牆壁上的 AC 電源,在 105 到 127 伏 之間,都算是正常的。這種情況下,使用圖 2D 的線路,既可降低過高的電壓,又有 穩壓的功能。

    圖 2D 的要角是稽納二極體 D1,這裡可以選用 5.6 伏、6.8 伏或 8.2 伏中的任何 一種,耐功率可以是半瓦或一瓦。

    圖 2E 中,動用了穩壓 IC,動用 7805,雖有班門弄斧的味道,也可說是殺雞用牛刀 。基本上,7805 散熱得宜的話,可提供高達 1 安培的電流,而一只 NE602 才不過 耗用小小的 3 毫安培而已,因此,你可以改用小黑豆型的 78L05,當然,你也可以 使用 78L06 或 78L08,只是輸出電壓分別為 6 伏及 8 伏。

    另外,去耦合電容也應緊靠 NE602,至於穩壓 IC 輸入端的電容,是用來減少開關之 類的雜訊,也不可少。


輸入線路

    NE602 的輸入線路。採用差動方式,然而兩腳均可以分別成為單端輸入,此輸入單阻 抗大約是 1.5K 歐姆,如果頻率高的話,此阻抗會低些,交流線路最重要的是彼此間 的匹配問題,要訊號通行無阻,不會衍生其他麻煩,就得注意訊號來源與負載端之間 的阻抗匹配是否恰當。

    很明顯地,在這裡必須把天線來的 50 歐姆或 75 歐姆訊號源,變換為 1500 歐姆, 以便與 NE602 的輸入阻抗相匹配。圖 3 就是為了解決匹配問題的一些基本組合。這 些線路並非一成不變,更不是非用它不可,只不過這些都是大家常引用的匹配方式, 所以提出來供做參考。

    圖 3A 是一高阻抗的單端輸入線路,當 NE602 做為混頻器或乘積檢波器時,此種結 構極為適合,要不然,就是在此輸入之前,加用有射頻放大器的接收機線路,訊號經 過 C1,耦合進入第一腳,以去除直流成分。第二腳在這裡不用,因此利用一只去耦 合電容 C2,以旁路接地。

    圖 3B、C、D 三種情況,都是用來接受比 1.5K 歐姆更低阻抗的訊號,例如一般接收 機,標準的天線輸入阻抗是 50 歐姆或 75 歐姆。

    圖 3B 的阻抗匹配是由 CA 及 CB 來完成,兩電容與電感 L1 要安排與所要的頻率產 生共振,所以,這種線路比較適合單一頻率的應用場合。

    圖 3C 則採用射頻變壓器 T1、 C1,用來配合次級線圈,讓我們所要的頻率,在這裡 產生共振,如果 C1 改用可變電容,那麼,可根據 C1 的容量範圍大小,調諧到一整 段的頻率,而不是單一個頻率。

    圖 3D 所採用的射頻變壓器,不再有調諧電容,它改採寬頻的射頻變壓器,因此,可 以處理極大頻率範圍的訊號,T1 的阻抗比例,則可根據下列公式求得,

Np/Ns=Zp/Zs
Np:初級線圈數
Ns:次級線圈數
Zp:初級阻抗
Zs:次級阻抗

    如果拿典型的 Zp:50 歐姆,及 Zs:1.5K 歐姆,那麼套入公式,可求得 Np/Ns=O.183 ,也就是初級每一圈,次級得為 5.5 圈。

    圖 3E 是利用差動的輸入變壓器,主要的調諧電容 C1,是接在 NE602 第一腳與接地 之間,只要 C2 在線路上,便會影響次級線圈的共振線路,但 C2 又不得不用,因此 ,只能在 T1 的次級線圈兩端並聯一電容 Cx,來解決這個問題。當 C1 處在電容量 最大時,Cx 是用來設定頻率的底端,然後可變動 C1,來包含我們所要取得的波段範 圍。

    圖 3F 則是利用變容二極體,代替圖 3E 中的可變電容,變容二極體的間隙電容會隨 著加諸其上的逆向電壓大小而改變。當調諧電壓 VT 改變,二極體 D1 的電容量便隨 之而變,而達到調諧共振頻率的目的。


輸出線路

    NE602 的輸出阻抗是 1.5K 歐姆,與其輸入阻抗相同。 NE602 的輸出端是一推挽式 ,但是很容易可以改成單端輸出,只要在所選 (第四成第五腳) 的輸出端,串接去除 直流成分的電容即可,另一端可以放著不管,而不用像輸入端一樣,不用的另一接腳 必須用電容旁路接地,參看圖 4A。

    圖 4B 與圖 3D 類似,利用一寬頻的射頻變壓器,當然利用相同的公式,其間的阻抗 匹配,也要做好,假設負載是 50 歐姆,那麼 T1 的初級及次級圈數比是 5.5:1。

    圖 4C 則是在圖 4B 中線圈的初級上加一只調諧電容。

    圖 4D 則是另外一種完全不同的單端輸出線路,它的輸出負載為一陶瓷濾波器或石英 晶體濾波器,它可以是一般接收機裡頭廣泛使用的 455KHz 或 10.7MHz 中週,當然 ,也可以是 9MHz 的石英晶體濾波器或 260KHz、455KHz 與 500KHz 的機械式濾波器 ,不過,這類型濾波器極為昂貴。


本地振盪器線路

    要超外差式接收機能正常工作,本地振盪訊號不可少,接收到的射頻與本地振盪訊號 ,在混頻器中起了作用,分別產生了兩訊號之﹝差﹞與﹝和﹞的二個訊號。在超外差 接收機應用上,通常是取﹝差﹞訊號,這也就是我們所稱的中頻,例如 AM 接收機採 用了 455KHz 的中頻,那麼,為了接收 1240KHz 的訊號,所以,本地振盪器必需是 1695KHz 或 785KHz,實際應用上,本地振盪頻率採用比接收訊號高 455KHz 者,與 直接轉換式接收機不同,此接收機的本地振盪與接收訊號相同或幾乎相同。

    其實,NE602 的本地振盪訊號也可以由外部供應,圖 5A 就是一個典型的例子,外界 的本地振盪訊號經由可去除直流成分的電容,耦合到第六腳,這外界供應的訊號,振 幅大小以 700 毫伏左右為宜。

    圖 5B 則是利用內部電晶體的一個可變頻率振盪器,此振盪器是哈特萊式,由調諧線 圈的中間抽頭,得到回饋。

    圖 5C 則是考畢茲式振盪器,回饋訊號來自 C2 與 C3 的分壓器抽頭。

    圖 5D 是並聯式基本波石英晶體振盪器組合,C1 為 1000/f,f 是振盪頻率,求得的 電容單位是 pF。此處使用的石英晶體應該是並聯式,負載電容是 20pF 或 30pF,線 路內的 C3 是用來微調振盪頻率,這種線路比較適合固定頻率的接收機。

    圖 5E 為倍頻石英晶體振盪器,極適合 VHF 低階部份使用,電感是配合 C1 及 C2, 用來使石英晶體振盪器在其倍頻產生共振。

    最後看圖 5F,這是壓控振盪器,線路中採用變容二極體,配合 L1 來取得所需的共 振頻率,從線路中的 C1 及 C2,可以看出來,這也是一種與圖 5C 相同的考畢茲式 振盪器。

    NE602 是一只設計不錯的 IC,它的真正意義在於像是一把鑰匙,能讓對射頻線路並 不限熟悉的人,很容易地打開深鎖的大門,進入到射頻領域內。動手吧!相信你很快 就能充份運用 NE602 這只 IC。《下期待續》 END



雜誌目錄 依順序 雜誌目錄 依主題分類